Analisa Pengaruh Tebal Pelat Dan Kuat Arus Terhadap Distorsi Sudut, Struktur mikro Dan Kekerasan Pada Pengelasan Multilayer Pelat Datar Dengan Menggunakan GMAW Metal Transfer Type Pulsa Oleh: Sukendro. Bs Nrp. 2108201003 1 Latar belakang Baja AISI 1045 termasuk kategori baja heat treatable dan sering digunakan sebagai material komponen-komponen mesin. Didalam proses pengelasan sering muncul distorsi pada hasil lasan. Distorsi disebabkan pemuaian saat pemanasan dan penyusutan saat pendinginan tidak sebanding. Siklus thermal pada pengelasan dapat mempengaruhi struktur mikro dan distribusi kekerasan di daerah-daerah pada hasil las. Pengelasan sistem multilayer akan menimbulkan efek preheat dan postheat antar layer. Hasil las dengan kekuatan yang tinggi pada sambungan las dapat dicapai dengan menggunakan pengelasan multilayer. 2 1
Perumusan masalah 1. Bagaimana pengaruh tebal pelat dan kuat arus terhadap distorsi sudut arah longitudinal dan arah transversal yang muncul pada hasil lasan didalam system pengelasan multi layer? 2. Bagaimana pengaruh tebal pelat dan kuat arus terhadap struktur mikro hasil lasan? 3. Bagaimana pengaruh tebal pelat dan kuat arus terhadap kekerasan pada daerah-daerah hasil lasan? 4. Bagaimana bentuk model matematis yang dapat menggambarkan pengaruh tebal (t) dan arus (I) terhadap distorsi sudut? 3 Tujuan penelitian Mengidentifikasikan pengaruh perubahan tebal pelat (t) dan kuat arus (I) terhadap distorsi arah longitudinal dan transversal pada sistem pengelasan multilayer dengan menggunakan alat las GMAW metal transfer type pulsa. Mengidentifikasikan pengaruh terbesar dari variabelvariabel faktor terhadap respon distorsi sudut, struktur mikro, struktur makro dan kekerasan. 4 2
Manfaat penelitian Dari parameter las yang diambil untuk pengelasan, dapat digunakan sebagai referensi pada proses pengelasan yang akan datang dengan parameter dan material yang sama untuk mengurangi efek distorsi sudut yang ditimbulkan pada hasil las. Dapat menentukan dalam bentuk model matematis pengaruh efek pengaruh tebal pelat (t) dan kuat arus (I) dengan sistem pengelasan multilayer terhadap distorsi sudut menggunakan las GMAW tipe pulsa. 5 Batasan masalah 1. Material benda kerja yang digunakan memiliki komposisi kimia yang homogen. 2. Bentuk dan ukuran kampuh las sebelum dilas homogen sepanjang benda kerja. 3. Ketebalan pelat material benda kerja yang digunakan dianggap merata. 4. Kondisi mesin las, alat uji, dan alat ukur dalam kondisi terkalibrasi. 5. Luas benda kerja sebelum dilas tidak dilakukan variasi dan dianggap konstan pada semua spesimen benda kerja. 6 3
Penelitian sejenis 1. Menurut Anggono, distorsi sudut pada hasil pengelasan dengan menggunakan las SMAW dipengaruhi secara signifikan oleh tebal pelat (1997). 2. Menurut Rusdianto, distorsi sudut dipengaruhi secara signifikan oleh tegangan, kuat arus, kecepatan pengelasan dan panjang pengelasan (1999). 3. Menurut Suanda, distorsi sudut pada pengelasan baja lunak dengan las SAW dipengaruhi secara signifikan oleh kuat arus dan luas permukaan yang dilas (2001). 4. Menurut Triyono, distorsi bowing pada pengelasan 2 baja yang tidak sejenis dengan menggunakan las GMAW dipengaruhi secara signifikan oleh masukan panas. (2006). 7 5. Menurut Pranowo, distorsi sudut yang timbul pada pengelasan sambungan T dapat dikurangi dengan pengaturan kedalam penetrasi yang ditentukan dengan oleh pemilihan parameter las yang tepat (2007). 6. Menurut Awia, distorsi sudut, struktur mikro dan kekerasan hasil las pada pengelasan dengan las GMAW metal transfer type spray dipengaruhi secara signifikan oleh kuat arus dan tebal pelat (2009). 8 4
Skema las GMAW 9 Siklus termal pada proses pengelasan Gb. Pengaruh tebal plat terhadap siklus thermal pada proses pengelasan Gb. Pengaruh masukan panas terhadap siklus thermal pada proses pengelasan 10 5
Proses solidifikasi pada hasil lasan 11 Pengaruh layer dalam sistem pengelasan multilayer SCGC (Subcritically Reheated Grain Coarsened), yaitu daerah yang mengalami pemanasan dibawah temperatur A1, tetapi lebih dari 200ºC. ICGC (Intercritically Reheated Grain Coarsened), yaitu daerah yang mengalami pemanasan diantara temperatur A1 dan A3. SCGR (Supercritically Reheated Grain Refined), yaitu daerah yang mengalami pemanasan antara temperatur A3 hingga 1200 C. UAGC (Unaltered Grain-Coarsened), daerah yang terkena pemanasan kembali lebih dari 1200 C atau daerah yang terkena pemanasan kurang dari 200 C. 12 6
Bentuk-bentuk distorsi 13 Flowchart penelitian 14 7
Setting awal software minitab untuk mendapatkan formasi model CCD 15 Level yang digunakan pada variabel X 1 dan X 2 16 8
Komposisi kimia spesimen benda kerja dan elektroda Baja AISI 1045 Elektroda AWS ASME/SFA 5.18:ER.70 S-6 diameter 0,8 mm 17 Persiapan spesimen benda kerja 1. Bentuk groove yang digunakan didalam penelitian. 2. Jumlah layer yang digunakan didalam penelitian. 18 9
Rancangan desain eksperimen 19 Kecepatan pengelasan yang terukur pada tiap layer 20 10
Koordinat titik pengukuran dan penempatan benda kerja saat dilakukan pengukuran dengan dial indikator y 1 = 90 mm untuk tebal pelat 8 mm, y 2 = 100 mm untuk tebal pelat 13 mm dan y 3 = 120 mm untuk tebal pelat 20 mm yang dicapai saat setting dial indikator = 0 21 Penempatan koordinat titik pengukuran distorsi di benda kerja pada pengelasan dengan arus 150 A (Garis merah merupakan arah pengelasan) Gb 1. Tebal 8 mm. Gb 2. Tebal 13 mm. Gb 3. Tebal 20 mm. 22 11
Lokasi pengambilan data didalam pengujian kekerasan 23 Pengaruh tebal pelat dan kuat arus terhadap distorsi sudut maksimum 24 12
1. Plotting data kedalam bentuk respon surface Pengaruh tebal pelat pada pengelasan dengan arus 125A. Gb 1. Pengelasan dengan tebal pelat 8 mm. Gb 2. Pengelasan dengan tebal pelat 13 mm Gb 3. Pengelasan dengan tebal pelat 20 mm. 25 Distorsi sudut dalam arah longitudinal akibat pengaruh tebal pada pengelasan dengan arus 125 A. (Data yang dimasukkan merupakan data pada garis bidang posisi x = 80 mm) 26 13
Distorsi sudut dalam arah transversal akibat pengaruh tebal pada pengelasan dengan arus 125 A. (Data yang dimasukkan merupakan data pada garis bidang posisi z = 180 mm) 27 Pengaruh kuat arus pada pengelasan pelat datar dengan tebal 20 mm. Gb 1. Pengelasan dengan kuat arus 125 A. Gb 2. Pengelasan dengan kuat arus 150 A. Gb 3. Pengelasan dengan kuat arus 175 A. 28 14
Distorsi sudut dalam arah longitudinal akibat pengaruh kuat arus pada pengelasan pelat datar dengan tebal 20 mm. (Data yang dimasukkan merupakan data pada garis bidang posisi x = 80 mm) 29 Distorsi sudut dalam arah transversal akibat pengaruh kuat arus pada pengelasan pelat datar dengan tebal 20 mm. (Data yang dimasukkan merupakan data pada garis bidang posisi z = 180 mm). 30 15
2. Struktur makro hasil lasan. L4 L2 L3 L1 L5 a. Tebal 8 mm. L3 L4 L2 L1 L5 b. Tebal 13 mm. Logam induk Logam induk HAZ Logam las a. Kuat Arus 125 A. HAZ Logam las b. Kuat Arus 150 A. L3 L1 c. Tebal 20 mm. Gb 1. Pengaruh tebal pada kuat arus 125 A. L5 L4 L2 Logam induk HAZ Logam las c. Kuat arus 175 A. Gb 2. Pengaruh kuat arus pada tebal 31 20 mm. 3. Struktur mikro hasil lasan Gb 1. Daerah logam las Gb 2. Daerah HAZ. Gb 3. Daerah logam induk. 32 16
4. Pengaruh tebal pelat dan kuat arus terhadap distribusi kekerasan didaerah-daerah lasan 1. Pengaruh tebal pelat dengan arus pengelasan 125A. 33 2. Pengaruh kuat arus pada pengelasan pelat datar dengan tebal 8 mm 34 17
5. Model matematik 1. Model matematik untuk distorsi sudut maksimum didapat sebagai berikut: Ў = 2,03 + 0,84X 1-0,93X 2 + 0.48X 12 + 0,61X 22 0,29X 12 + ε (4.1) 2. Model matematik untuk distorsi sudut arah longitudinal didapat sebagai berikut: Ў = 1,996 + 0,83X 1-0,92X 2 + 0,48X 1 2 + 0,61X 22 0,297X 12 + ε (4.2) 3. Model matematik untuk distorsi sudut arah transversal didapat sebagai berikut: Ў = 1,369 + 0,68X 1-0.69X 2 + 0,41X 1 2 + 0,496X 2 2 0,262X 12 + ε (4.3) 35 Kesimpulan 1. Efek kenaikan tebal pelat dan interaksinya dapat memberikan pengaruh yang signifikan terhadap kenaikan distorsi sudut pada hasil lasan arah longitudinal dan transversal, dimana kenaikkan tebal pelat dapat menyebabkan kenaikan distorsi sudut pada level kuat arus 125 A sebesar 45% untuk arah longitudinal dan 50% untuk arah transversal. Sedangkan untuk distorsi sudut maksimum mengalami kenaikan sebesar 45%. Distorsi sudut arah longitudinal cenderung mendekati liniear dan pada arah transversal berbentuk melengkung (curvature) pada hasil lasan dengan tebal 8 mm dan 13 mm. 2. Efek kenaikan kuat arus dan interaksinya dapat memberikan pengaruh yang signifikan terhadap penurunan distorsi sudut pada hasil lasan arah longitudinal dan arah transversal, dimana penurunan distorsi sudut pada level tebal 20 mm mencapai 48% untuk arah longitudinal dan 50% untuk arah transversal, sedangkan untuk distorsi sudut maksimum terjadi penurunan sebesar 48%. Distorsi sudut arah longitudinal cenderung mendekati liniear dan pada arah transversal berbentuk melengkung (curvature) pada hasil lasan dengan tebal 8 mm dan 13 mm. 36 18
3. Efek tebal pelat dan kuat arus dapat memberikan pengaruh yang signifikan terhadap struktur mikro hasil lasan saat proses solidifikasi di logam las dan pembentukan struktur ferrit dan pearlit daerah HAZ. 4. Efek tebal pelat dan kuat arus dapat memberikan pengaruh yang signifikan terhadap distribusi kekerasan didaerah hasil lasan, yang meliputi logam las, HAZ dan di logam induk pengaruhnya tidak terlalu signifikan. 5. Efek tebal pelat dan kuat arus terhadap respon distorsi sudut dapat dimodelkan kedalam model matematik berbentuk kuadratik yang dapat menggambarkan model sistem dari penelitian dengan harga R2 = 98,2% untuk distorsi sudut maksimum, harga R2 = 98,1% untuk distorsi sudut arah longitudinal dan harga R2 = 97,9% untuk arah transversal, dimana secara statistik model dapat menggambarkan sistem dengan baik dan terjadi iteraksi antara tebal pelat dan kuat arus lebih didominasi kuat arus terhadap pengaruh respon distorsi sudut yang ditandai nilai negatif untuk faktor X12 pada model matematik untuk distorsi sudut maksimum, distorsi sudut arah lonngitudinal dan distorsi sudut arah transversal. 37 Terima kasih 38 19
Gb 1. Sisi awal pengelasan Gb 2. Sisi akhir pengelasan 39 20